Neues Konzept für mehr Speicherplatz in Festplatten

Ein neues Konzept zur Herstellung von kleinsten und superflachen magnetischen Strukturen wurde jetzt von Physikern aus Dresden und Spanien entwickelt. Das soll Festplatten mit deutlich höherer Datendichte ermöglichen. Die Speicherdichte von Festplatten nahm zuletzt so rasant zu, dass für neue Generationen nicht nur die Materialien selbst, sondern auch die Konzepte zur Datenspeicherung optimiert werden müssen. In den vergangenen Jahrzehnten wurde allerdings ausschließlich nach immer besser geeigneten Werkstoffen gesucht.

Die Speicherung selbst funktioniert mit Magnetismus. Die einzelnen Körner, aus denen das magnetische Material besteht, wurden immer kleiner. Gleichzeitig wurde die Speicherfestigkeit immer größer. Die kleinste Speichereinheit (1 Bit) wird typischerweise gleichzeitig in ca. 100 Körner geschrieben, von denen jedes etwa 10 Nanometer groß ist.

Da die Abmessungen der Körner nicht weiter verkleinert werden können, ohne die Speichereigenschaften zu verlieren, müssten zukünftig immer weniger Körner verwendet werden, um die Speicherdichte zu steigern. Das führt unweigerlich zu einer größeren Fehlerwahrscheinlichkeit beim Auslesen der Information. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, nur noch eine einzige magnetische Insel als Speichereinheit zu verwenden.

Solche magnetischen Inseln können zum Beispiel mit Hilfe von gängigen Nano-Strukturierungstechniken aus einer durchgängigen magnetischen Materialoberfläche herausgearbeitet werden. Diese Vorgehensweise ist bisher jedoch mit einem großen Nachteil verbunden: Die so hergestellten Nano-Inseln sitzen auf der Materialoberfläche und machen diese vergleichsweise rau, was sich nachteilig auf den ca. 20 Nanometer über der Festplatte fliegenden Schreib-/Lesekopf auswirkt.

Physikern vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) gelang es nun in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Spanien sowie von weiteren Einrichtungen wie dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW), superflache Nano-Magnete in Legierungen aus Eisen und Aluminium herzustellen, indem sie die Materialoberfläche mit Fremdatomen behandelten.

Sie beschossen mit einem sehr fein gebündelten Ionenstrahl die Oberfläche so, dass nur die bestrahlten Bereiche des Materials ferromagnetisch wurden; die unbestrahlten Bereiche blieben unmagnetisch. Der Ionenstrahl kann auf eine Fläche von wenigen Nanometern gebündelt werden, was die eingebetteten Nano-Magnete mit einer Größe von deutlich unter 100 Nanometern überhaupt erst möglich macht.

Gleichzeitig ist die zum Einsatz kommende Ionendosis gering. Damit tritt kein deutlicher Materialabtrag auf und die Oberfläche der Speicherplatte bleibt unverändert eben. Die Dresdner Nano-Magnete erfüllen damit die Anforderungen an ein neues Konzept zur magnetischen Datenspeicherung. Um eine technologische Umsetzung dieses Konzepts verwirklichen zu können, arbeiten die Forscher nun an einer Verbesserung der Speicherfestigkeit dieses Materials.